遺傳學(xué)第十三章材料

第十三章基因組學(xué)什么是基因組(Genome)基因組就是一個(gè)物種中所有基因的整體組成人類基因組有兩層意義：——遺傳信息——遺傳物質(zhì)從整體水平研究基因的存在、基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因之間的相互關(guān)系。遺傳圖譜的構(gòu)建1.

圖譜標(biāo)記圖譜構(gòu)建中需要可以鑒別的標(biāo)記(marker)，在構(gòu)建遺傳圖譜中，可用基因和DNA作為標(biāo)記。(1)基因標(biāo)記基因控制性狀的表現(xiàn)，所以也就是利用可以鑒別的形態(tài)、生化等表型性狀作標(biāo)記，這與前述的連鎖交換中介紹的方法一樣。遺傳學(xué)中最早建立的果蠅連鎖圖，就是利用控制果蠅眼睛的一些基因作為標(biāo)記，分析各基因間的連鎖關(guān)系及遺傳距離，繪制出連鎖遺傳圖譜。這些基本原理和方法，仍在現(xiàn)在的基因組遺傳圖譜構(gòu)建中廣泛應(yīng)用。DNA標(biāo)記以DNA為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記主要包括（Gupata

et

al，1999）基于雜交的分子標(biāo)記，如RFLP（Restriction

fragmentlength

polymorphism）。基于PCR的分子標(biāo)記，如RAPD（Random

amplifiedpolymorphic

DNA）、AFLP（Amplified

fragment

lengthpolymorphism）、SSR(simple

sequence

repeats；又稱

microsatellite)、AFLP(Amplicon

fragment

lengthpolymorphism)等?；贒NA序列和芯片的分子標(biāo)記，如SNP（singlenucleotide

polymorphism）。RFLPRFLP技術(shù)是基于Southern雜交的分子標(biāo)記的方法。它是指用限制性內(nèi)切酶酶切不同個(gè)體基因組DNA后，酶切片段長度的差異。這一技術(shù)用放射性同位素標(biāo)記DNA片段作為同源序列探針（RFLP標(biāo)記），與經(jīng)限制酶消化并轉(zhuǎn)移到支持膜上的基因組總DNA雜交，通過放射性自顯影（或非同位素技術(shù)）來顯示酶切片段的大小，檢測不同遺傳位點(diǎn)的多態(tài)性RAPDRAPD由Williams等（1990）和Welsh等（1990）分別發(fā)展起來的分子標(biāo)記技術(shù)。這一技術(shù)是以基因組DNA為模板，采用隨機(jī)設(shè)計(jì)的單個(gè)寡核甘酸序列（一般為10bp）為引物，通過

PCR擴(kuò)增，產(chǎn)生不連續(xù)的

DNA產(chǎn)物，用于檢測DNA序列的多態(tài)性。SSR或微衛(wèi)星重復(fù)序列：串聯(lián)重復(fù)序列（tandem

repeated

sequence），其重復(fù)單位首尾相連，成串排列（Flavell

1986）。散布重復(fù)序列（interspersed

repeated

sequence），其重復(fù)單與其它無關(guān)序列或單拷貝序列相間排列。微衛(wèi)星DNA序列又稱簡單重復(fù)序列（simple

sequence

repeat，SSR）、短串聯(lián)重復(fù)序列（short

sequence

repeat，STR），它是由幾個(gè)核甘酸（一般1~5個(gè)）為重復(fù)單位簇集而成的串聯(lián)重復(fù)序列，可分布在整個(gè)基因組的不同位置上，而且在基因組中的分布是隨機(jī)的。微衛(wèi)星長度具有高度變異性，并且這種多態(tài)性常常表現(xiàn)復(fù)等位性，兩端的序列多是相對保守的單拷貝序列，因而可以根據(jù)兩端的序列設(shè)計(jì)一對特異引物，擴(kuò)增每個(gè)位點(diǎn)的微衛(wèi)星序列，從而揭示其長度的多態(tài)性（simple

sequence

lengthpolymorphism，SSLP）。ISSRISSR是一種新型的分子標(biāo)記。與SSR相反，直接用同位素標(biāo)記SSR序列，擴(kuò)增2個(gè)SSR間的單拷貝序列。為了增加擴(kuò)增的特異性，在引物的5′和3′端分別加入1～2個(gè)選擇性堿基，引物長度16～18bp。AFLPAFLP是由荷蘭Key

Gene公司Zabeau（1992）發(fā)現(xiàn)，并由Vos等（1995）發(fā)展起來的分子標(biāo)記技術(shù)，結(jié)合了RFLP和RAPD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。AFLP的基本原理是基于PCR的擴(kuò)增基因組DNA限制性片段多態(tài)性?；蚪MDNA先用限制性內(nèi)切酶切割，然后將雙鏈接頭（adapter）連接到DNA片段的末

端，通過選擇在3′端分別添加1～3個(gè)選擇性堿基的不同引物，選擇

性地識(shí)別具有特異配對順序的酶

切片段并與之結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)特

異擴(kuò)增。是長約300~400bp的基因表達(dá)序列片段。EST技術(shù)是將mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA并克隆到質(zhì)?；蚴删w載體構(gòu)建成cDNA文庫后，大規(guī)模隨機(jī)挑選cDNA克隆，對其5′或3′端進(jìn)行一步法測序，將所獲序列與基因數(shù)據(jù)庫中已知序列進(jìn)行比較，從而獲得對生物體生長、發(fā)育、代謝、繁殖、衰落死亡等一系列生理生化過程認(rèn)識(shí)的技術(shù)（Hatey1998）。EST

SNPEST（expressed

sequence

tags）

SNP是基因中的點(diǎn)突變，存在的數(shù)量多，其中有些可產(chǎn)生RFLP，但多數(shù)突變不是發(fā)生在酶切位點(diǎn)。人類基因組的編碼基因中有20萬個(gè)SNPs,在非編碼區(qū)的數(shù)目可能還要多10倍以上。這種標(biāo)記也只有兩種等位基因。特性RFLPRAPDSSRISSRAFLP分布普遍存在普遍存在普遍存在普遍存在普遍存在遺傳共顯性多數(shù)顯性共顯性多數(shù)顯性多數(shù)顯性多態(tài)性中高高高非常高等位檢測是不是是不是不是檢測位點(diǎn)數(shù)1~31~101~50~50~更多20~100樣品信息量低~中高高高非常高基因組區(qū)域底拷貝編碼整個(gè)基因組整個(gè)基因組整個(gè)基因組整個(gè)基因組技術(shù)難度中等簡單簡單簡單中等重復(fù)性高中等高高高DNA樣品量2~30μg1~100ng50-100ng2~50ng100ng反射線一般是不是不是不是一般是耗費(fèi)時(shí)間慢快快快中等可靠性高中等高高高2.遺傳圖譜的構(gòu)建人類基因組遺傳圖譜的構(gòu)建人類的遺傳圖譜是利用家系分析法，在對8個(gè)家系的134個(gè)成員的分析中(186個(gè)減數(shù)分裂)，主要根據(jù)5264個(gè)STR

標(biāo)記繪制而成的。因?yàn)镾TR在每一百萬個(gè)堿基中總有幾個(gè)位點(diǎn)，而且每一個(gè)STR具有多個(gè)等位基因位點(diǎn)。利用這些家系的資料繪制第1至22號(hào)染色體圖譜。對于X染色體圖

譜，還利用了來自另外12個(gè)家系，170個(gè)成員(105個(gè)減數(shù)分裂)的資料繪制而成。最后，將5264個(gè)標(biāo)記定位在2335個(gè)位點(diǎn)，因?yàn)槠渲杏行?biāo)記相距很近而作為一個(gè)位點(diǎn)，所以位點(diǎn)數(shù)小于標(biāo)記數(shù)目。(二)物理圖譜的構(gòu)建(二)物理圖譜的構(gòu)建擬南芥Rice,

chromosome

4人類部分染色體物理圖譜E.coli

物理圖譜二

基因組圖譜的應(yīng)用◆基因定位借助基因組圖譜，可使基因定位在精度、速度、廣度等方面有極大的提高，在復(fù)雜的數(shù)量性狀位點(diǎn)(quantitativetrait

loci，QTL)定位分析方面，也取得了很大進(jìn)展?；蚪M比較分析已經(jīng)在禾本科，茄科，十字花科等做了遺傳圖譜比較分析，從分子水平了解物種間的同源性，研究基因組的進(jìn)化和染色體的演變。標(biāo)記輔助選擇(marker-assisted

selection，MAS)根據(jù)圖譜間接選擇目的基因，大大加速目的基因的轉(zhuǎn)移與利用，提高回交育種的效率。此外，標(biāo)記輔助選擇有助于克服輪回選擇過程中早期選擇的盲目性。基因的克隆與分離根據(jù)飽和的基因組圖譜，可以找到一個(gè)與目的基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，作為染色體步行(chromosomewalking)的起始點(diǎn)，進(jìn)行基因的克隆和分離。功能基因組學(xué)基因組DNA測序：人類對自身基因組認(rèn)識(shí)的第一步。功能基因組學(xué)：從基因組信息與外界環(huán)境相互作用的高度，闡明基因組的功能。功能基因組學(xué)的研究內(nèi)容：人類基因組DNA序列變異性研究基因組表達(dá)調(diào)控的研究模式生物體的研究生物信息學(xué)基因組表達(dá)及調(diào)控的研究在全細(xì)胞的水平，識(shí)別所有基因組表達(dá)產(chǎn)物：mRNA：c

DNA陣列蛋白質(zhì)：二維電泳—質(zhì)譜研究生